Исследование принципов построения сотовых сетей стандарта GSM

 

 

Министерство  образования и науки Республики Казахстан

 

АО  «Казахская академия транспорта и коммуникаций

 имени  М.Тынышпаева»

 

 

 

 

Мадиева Динара Ренатовна

 

Исследование  принципов построения сотовых сетей 

стандарта GSM

 

 

ДИПЛОМНАЯ  РАБОТА

 

 

 

 

Специальность: 050719 – «Радиотехника, электроника и                                                                       телекоммуникации»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2012

 

Министерство  образования и науки Республики Казахстан   АО  «Казахская академия транспорта и коммуникаций  имени  М.Тынышпаева»   Кафедра «Радиотехника и телекоммуникации»     «Допущена к защите»   Заведующий кафедрой   Бекмагамбетова  Ж.М.   «_____» ______________ 2012г.         ДИПЛОМНАЯ  РАБОТА     Тема: «Исследование принципов построения сотовых сетей стандарта GSM»           Специальность: 050719 – «Радиотехника, электроника  и                                                                                                                         телекоммуникации»         Выполнил:                                                                                         Мадиева Д.Р.   Научный руководитель: К.ф-м.н., доцент                                                                               Кулымбаева М.Ш..       Алматы 2012

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

	Нормативные ссылки Определения Обозначения и сокращения Введение
1	Современное состояние  технологии радиосистемы
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7   3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 4 4.1 4.2 4.3 4.4 5   5.1   5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 6   6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6   6.7 6.8 6.9	Обзор существующего  состояния сотовых сетей стандарта GSM История развития стандарта GSM Структурная схема и состав оборудования сети GSM Обзор литературы по теме дипломной работы Перспективы развития стандарта GSM Обоснование постановки задачи Исследование  характеристик систем радиосвязи Географическая  структура сети GSM Регистрация МС и ее передвижение Общие сведения о модуляции Спектральное  представление сигналов Модуляция сигналов, используемых в сотовых сетях Влияние внешних  факторов  Основные сравнительные характеристики и особенности           стандартов  GSM 900 и GSM 1800 Принципы построения радиосистем Функциональные  блоки сети GSM Управление  мощностью передатчиков БС и АС Сетевой уровень Установление  связи по инициативе ЦКПС Установление связи по инициативе АС Повышение пропускной способности ССПС Повышение надежности Увеличение  скорости передачи Расчет параметров исследуемого объекта Расчет параметров базовых станций Расчет критических  и оптимальных размеров сот с  учетом НРП Нормы частотно-территориального разноса РЭС Расчет эффективности  системы Охрана труда  и экологическая безопасность при  работе на сетях связи Стандартизация мероприятий  по обеспечению безопасности электромагнитных излучений Защита от действий ЭМИ РЧ и СВЧ Экранирующие свойства строительных материалов Радиопоглощающие материалы Лесонасаждения Экранирующие  ткани Экономическое обоснование эффективности внедрения  технологий радиосистем Описание проекта Цель бизнес-плана Конкурентное  преимущество проектируемой сети Предоставляемые услуги Расчет технико-экономических  показателей Расчет капитальных  затрат на приобретение оборудования и ввода его в эксплуатацию Расчет эксплуатационных расходов Оценка экономической  эффективности от реализации проекта Расчет срока  окупаемости и абсолютного экономического эффекта Выводы и  заключения Список использованной литературы Приложение

 

 

НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

 

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

 

 

ВРК - временное  разделение каналов - принцип разделения передаваемых сигналов, базирующийся на периодическом выделении каждому сигналу промежутка времени для передачи в отведенном интервале времени;

 

- тракт, по  которому проходит сигнал, модулированный  по чистоте передаваемым сообщением;

Высокочастотное подмагничивание — в записывающую головку кроме сигнала подается также синусоидальный ток ВЧ (ток высокочастотного подмагничивания), так что в головке происходит суммирование сигнала и высокочастотного подмагничивания                                     '

Гиратор - инвертор сопротивления, используемый для имитации элемента индуктивности;

ГКРЧ - Государственный  комитет по радиочастотам, решения  которого обязательны для всех организаций, разрабатывающих и эксплуатирующих радиосредства;

ДВ - длинные  волны, участок диапазона радиочастот, соответствующий мириаметровым  и километровым волнам;

Девиация частоты - отклонение частоты при модуляции;

Дисперсия - разложение света на отдельные лучи и различной  длины пробега; расширяет передаваемый импульс и искажает сигнал на приеме и приводит к сужению полосы передаваемых частот;

Дисперсия - расширение импульса излучения на выходе ВОЛС, приводящее к искажению закона модуляции оптического излучения;

Дифференциальная  фаза - зависимость фазы воспроизводимого сигнала цветности от сигнала  яркости;

Канальная модуляция (КМ) - модуляция, при которой длительность отсутствия импульсов не превышает определенного значения а комбинация импульсов вызывает подавление низкочастотной составляющей основного сигнала, влияющей на работу систем авторегулирования. Это групповой способ КМ, так как исходный цифровой сигнал делится на группы (символы) по 8 бит и каждый символ заменяется комбинацией из 14 канальных бит, поэтому называется EFM (Eight to Forteen Modulation)

Матричное преобразование - максимальное число дискретных уровней более 1000 и зависит от размеров экрана трубки и диаметра луча; очень быстродействующее преобразование;

Переходная  характеристика цепи - отношение реакции электрической цепи на ступенчатое воздействие к величине воздействия при нулевых начальных условиях;

Переходное  затухание - степень взаимного влияния на передающем конце тракта и на его приемном конце;

Переходные  помехи (нелинейные) - продукты нелинейности (гармоники и составляющие комбинационных частот), попадающие в полосы пропускания практически всех каналов;

Переходный процесс - процесс накопления и возврата энергии реактивными элементами цепи; приводят к тому, что колебания в цепях с реактивными элементами не могут прекратиться сразу же после прекращения внешних воздействий на цепь.

 

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

 

 

3-DES - Triple Data Encryption Standard - Тройной стандарт шифрования

данных;

AA - Adaptive Antenna System - Адаптивная система антенн;

AES - Advanced Encryption Standard - Улучшенный стандарт шифрования;

AGC - Automatic Gain Control - Автоматическая регулировка усиления (АРУ);

АК - Authorization Key - Ключ авторизации;

ARQ - Automatic Repetition reQues- Автоматическое повторение запроса;

ASA - Authentication and Service - Аутентификация и авторизация услуг;

ATDD - Adaptive Time Division Duplexing - Адаптивное дуплексирование с временным разделением;

ВСС- Block Convolutional Code - Блок данных сверточного кода;

BE - Best Effort - Лучшее усилие;

BER - Bit Error Rate - Относительная частота появления ошибок в двоичных;

BPSK- Binary Phase-Shift Keying- Двоичная фазовая манипуляция;

BR - Bandwidth Request - Запрос полосы частот;

BW- Bandwidth - Ширина полосы пропускания;

BWA- Broadband Wireless Access- Широкополосный беспроводной доступ;

С/I - Carrier-to-interference ratio - Отношение уровня сигнала к интерференционным наводкам;

C/N -  Carrier-to-Noise ratio - Отношение уровня сигнала к шуму (сигнал/шум);

CCI - Co-Channel Interference - Интерференция сигналов близких каналов;

CCS - Common Channel Signaling - Сигнализация по общему каналу;

CDMA - Code Division Multiple Access - Множественный доступ с кодовым разделением;

СЕРТ- Conference of European Post and Telegraph - Европейская конференция по почте и телеграфу;

CIR - Channel Impulse Response - Импульсная нагрузочная характеристика канала;

CLP - Cell Loss Priority - Приоритет потери ячейки;

CSC- Centralized scheduling - Централизованный каталог;

DAMA - Demand assigned multiple access- Множественный доступ с распределением по запросу;

DCD- Download Channel Descriptor - Дескриптор нисходящего канала;

DL - Downlink - Линия вниз (нисходящий канал);

D- Directed Mesh - Назначенная ячейка;

TFTP - Trivial File Transfer Protocol - Тривиальный протокол передачи файлов (REC-783);

TLV - Type/Length/Value - Тип/Длина/Значение;

TTG - Transmit/Receive Transition Gap - Время переключения передача/прием;

Тх - Transmitter – Передатчик;

UCD - Uplink Channel Descriptor - Дескриптор восходящего канала;

UDP - User Datagram Protocol- Протокол для передачи дейтограмм пользователя (RFC-768);

UGS - Unsolicited Grant Service - Услуга предоставления привилегии без запроса;

UIUC -  Uplink Interval Usage Code - Обычный кодовый интервал на линии вверх;

UL - Uplink - Восходящий канал.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Сотовая связь  — один из видов мобильной радиосвязи, в основе которого лежит сотовая  сеть. Ключевая особенность заключается в том, что общая зона покрытия делится на ячейки (соты), определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых станций (БС). Соты частично перекрываются и вместе образуют сеть. На идеальной (ровной и без застройки) поверхности зона покрытия одной БС представляет собой круг, поэтому составленная из них сеть имеет вид сот с шестиугольными ячейками (сотами).

Сеть составляют разнесённые в пространстве приёмопередатчики, работающие в одном и том же частотном диапазоне, и коммутирующее  оборудование, позволяющее определять текущее местоположение подвижных абонентов и обеспечивать непрерывность связи при перемещении абонента из зоны действия одного приёмопередатчика в зону действия другого.

Основные составляющие сотовой сети — это мобильные  станции (сотовые телефоны) и базовые станции. Базовые станции обычно располагают на крышах зданий и вышках. Будучи включённым, сотовый телефон прослушивает эфир, находя сигнал базовой станции. После этого телефон посылает станции свой уникальный идентификационный код. Телефон и станция поддерживают постоянный радиоконтакт, периодически обмениваясь пакетами. Связь телефона со станцией может идти по аналоговому протоколу (AMPS, NAMPS, NMT-450) или по цифровому (DAMPS, CDMA, GSM, UMTS). Если телефон выходит из поля действия базовой станции, он налаживает связь с другой (англ. handover).

Сотовые сети могут  состоять из базовых станций разного  стандарта, что позволяет оптимизировать работу сети и улучшить её покрытие.

Сотовые сети разных операторов соединены друг с другом, а также со стационарной телефонной сетью. Это позволяет абонентам одного оператора делать звонки абонентам другого оператора, с мобильных телефонов на стационарные и со стационарных на мобильные.

Операторы разных стран могут заключать договоры роуминга. Благодаря таким договорам абонент, находясь за границей, может совершать и принимать звонки через сеть другого оператора.

Разработка  нового общеевропейского стандарта  цифровой сотовой связи началась в 1985 году. Специально для этого было создана специальная группа - Group Special Mobile. Аббревиатура GSM и дала название новому стандарту. Позднее GSM, благодаря ее широкому распространению, стали расшифровывать как Global System for Mobile Communications. К настоящему времени система GSM развилась в глобальный стандарт второго поколения, занимающий лидирующие позиции в мире, как по площади покрытия, так и по числу абонентов.

Настоящая дипломная  работа посвящена исследованию принципов  построения сотовых сетей стандарта GSM.

Тема дипломной  работы является принципиально актуальной для операторов сотовой связи по многим признакам – это и сотовая сеть, являющаяся самой перспективной сетью с большой абонентской базой; это и  задачи планирования сети, связанные с технико-экономическими показателями, отвечающими за оптимизацию вопросов частотного плана будущей сети; это и сам стандарт GSM, являющийся самым востребованным стандартом на всем мировом беспроводном пространстве. Объединение этих аспектов – есть задача актуальная для проектирования и планирования будущих сетей. В настоящей дипломной работе предполагается показать решение данной задачи.

Научная новизна  работы обусловлена тем, что в  данной дипломной работе предстоит  проанализировать методы планирования сетей именно с точки зрения инсталлирования  стандарта GSM, т.е. впервые произвести сравнение методов планирования и сделать выбор наиболее приемлемого варианта на основе GSM.

 

 

 

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАДИОСИСТЕМЫ

 

1. Обзор существующего состояния сотовых сетей стандарта GSM

 

 

 В последние  десятилетия Европе редко удается опередить Америку в технической области, а если это и случается, то судьба новой технологии во многом зависит от того, как она будет принята в Америке. Однако в случае мобильной связи эта неприятная для Европы тенденция оказалась нарушена. И хотя сам принцип сотовой связи был придуман в Америке, первые коммерческие системы — на базе NMT — появились в Европе, а стандарту GSM вообще удалось выйти за пределы Европы и по сути завоевать весь мир: по некоторым оценкам, пользователи GSM составляют свыше половины абонентов сотовых сетей во всем мире. GSM получил прописку на всех континентах и проник — в виде GSM 1900 — даже в Америку. Конечно, успех любой технологии определяется не только (а часто и не столько) ее техническими достоинствами, но в случае GSM они сыграли немаловажную роль.

Еще в начале 80-х гг., когда сотовая связь  только-только зарождалась, европейские  правительства и операторы создали  рабочую группу Group Special Mobile для разработки общеевропейского стандарта сотовой  связи, причем с самого начала они ориентировались на цифровую связь, хотя в то время эффективных алгоритмов сжатия речи еще не было. Разработка стандарта заняла без малого десять лет, и первые коммерческие сети появились только в самом начале 90-х гг. Однако в то время на американском рынке доминировали аналоговые системы AMPS, а по сравнению с ними GSM был гигантским шагом вперед.